Tema 7: Materiales cerámicos y vidrios. 1. Estructura y propiedades de las cerámicas. Procesos de fabricación. 2. Productos de cerámica, normativa, designación y sus aplicaciones. 3. Estructura y propiedades del vidrio. Fabricación. 4. Productos de vidrio, designación y sus aplicaciones en construcción. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Curso 2007-2008. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Objetivos Docentes del Tema 7: • “Conocer la estructura y propiedades de los materiales cerámicos, los productos de construcción, normativa, designación y aplicaciones.” • “Conocer la estructura y propiedades del vidrio, los productos de construcción, designación y aplicaciones.”

La Cerámica • Familia de materiales y productos de naturaleza inorgánica, no metálica, tratados a temperaturas elevadas. • Tienen muchas aplicaciones en ingeniería (chips, aeroespacial, medicina, etc.). • En construcción, se usan cerámicas procedentes de mezcla de arcillas y agua, cocida a alta temperatura (sinterizadas). • La mezcla húmeda presenta un comportamiento plástico que permite el moldeo de los productos. • La cocción produce un material estable, frágil, duro y resistente a compresión y a la abrasión.

Materia prima: Las Arcillas • Son materiales minerales laminares de partículas muy pequeñas de silicatos hidratados de alúmina. • Los minerales principales son: caolín, montmorillonita e illita. La presencia de óxidos modifica el color. • Propiedades: Plasticidad (viscosidad) Anisotropía (microscópica) Capacidad aglutinante Retracción Resistencia mecánica en seco

Tipos de Cerámica • Hay dos clases : porosa y compacta (vitrificada). • La porosidad depende de: la temperatura de cocción, la presión de moldeo y la granulometría de la mezcla base. • Dependiendo de la temperatura de cocción se obtienen distintos tipos de cerámicas con diferente absorción: Tipos Porcelana Gres Cerámico Semi-Gres

Absorción 0% 0,50 % a 3,00% 3,00% a 6,00%

Temperatura de cocción > 1200 º C (vitrificación) 1050-1200 ºC (gresificación) 1050-1200 ºC (gresificación)

Loza Porosa

> 6,0%

890-1050 ºC (sinterización)

Tipos de Cerámica

Estructura de una cerámica porosa

Características de las Cerámicas • Dependen de la composición y temperatura de cocción. • Las características requeridas dependen de la aplicación: Absorción de agua: depende de la porosidad. Condiciona la resistencia, la densidad y la heladicidad. Resistencia a compresión: Ladrillos y bloques. Resistencia a flexión: pavimentos y revestimientos. Desgaste: Pavimentos (Índice PEI). Dilatación térmica: obras de fábrica y revestimientos. Resistencia a ataques químicos: pavimentos.

Fabricación de productos cerámicos • Consta de varias fases: Preparación de la mezcla base: Homogeinización mediante molienda, mezclado y reposo (10-15 días). Conformación: Vía húmeda (extrusionado y moldeado) Vía seca y semiseca (prensado) Secado: Aumento de resistencia Cocción: Sinterización, gresificación y vitrificación. Esmaltado (opcional): Capa superficial vitrificada. (Monococción o bicocción) Enfriamiento: Lento hasta 500 ºC; rápido hasta 50 ºC.

Preparación de la mezcla base (vía seca)

Preparación de la mezcla base (vía húmeda)

Conformación por extrusión (vía húmeda)

Conformación por extrusión (vía húmeda)

Conformación por extrusión (vía húmeda)

Secado (vía húmeda)

Horno de Cocción

Problemas del proceso de cocción

Efectos de la temperatura: (1) probeta seca (sin cocer); (2) a 850ºC; (3) a 950ºC; (4) a 1050ºC; (5) a 1150ºC.

Desconchados por caliche (impurezas de carbonatos)

Productos cerámicos para Construcción • Productos cerámicos para albañilería: Ladrillos cerámicos Bloques cerámicos Ladrillos huecos de gran formato

• Otras aplicaciones: Bovedillas cerámicas (forjados) Losetas y adoquines cerámicos (pavimentos) Baldosas cerámicas, placas y azulejos (revestimientos) Paneles cerámicos (tableros de cubierta y cerramientos) Tejas cerámicas (cubierta) Otros productos cerámicos (loza sanitaria, tuberías, conductos…)

El ladrillo • Ladrillo: Pieza de cerámica, generalmente ortoédrica, usada en construcción, de dimensión ≤ 29 cm. • Fábrica: Organización estable de ladrillos trabados tras un proceso aditivo de construcción con mortero, normalmente manual. • Aparejo: Es la ley de traba. Rige la disposición en que deben colocarse los ladrillos de una obra de fábrica. • Llaga: junta vertical de mortero entre dos ladrillos. • Tendel: junta continua de mortero entre dos hiladas

Aparejos de ladrillo

Inglés

Gótico

Belga

De través

Holandés

Diatónico

Designación de las partes del ladrillo • Designación de las caras: Tabla: cara mayor. Canto: Cara intermedia. Testa: Cara menor. • Dimensiones nominales: Soga: Dimensión de la arista mayor. Tizón: Dimensión de la arista intermedia. Grueso: Dimensión de la arista menor.

1 pie ⇒ 1soga = 2tizones + 1llaga 1 2 pie ⇒ 1tizón

Tipos de ladrillo • De Tejar: Fabricación artesanal. Caras rugosas y poco planas. Apariencia tosca. • Macizo: Perforaciones en tabla < 10 %. • Perforado: Perforaciones en tabla > 10 %. (Las perforaciones mejoran la adherencia del mortero) • Hueco: Perforaciones en canto o testa, con mayor proporción de hueco que de cerámica. Rasilla Hueco sencillo (h/s) Hueco doble (h/d)

Propiedades esenciales de los ladrillos • Densidad: entre 1,2 – 1,7 g/cm3 • Peso (aprox.): Rasilla Hueco sencillo Hueco Doble Macizo Tejar

0,9 kg 1,0 kg 1,5 kg 2,5 kg 3,0 kg

• Normativa de aplicación:

CTE DB-SE-F UNE-EN 771-1 Piezas cerámicas para albañilería [PGCR ladrillos cerámicos (LC-88)]

Ladrillos de características especiales (I) • Refractarios: Fabricados con arcillas refractarias y arena muy fina. Resisten altas temperaturas (1600ºC) • Aligerados: Incorporan materiales ligeros (corcho o serrín) que arde al cocer y produce huecos. • Hidráulicos: Mezclan arcillas con limaduras de hierro, sal, potasa y cenizas. Resisten la humedad. • Coloreados: Mezcla de arcilla blanca y pigmentos. • De baja succión: Succión de agua < 0,05 g/cm2·min

Ladrillos de características especiales (II) • Hidrofugados: Se aplica un producto hidrófugo en superficie (impermeable al agua pero no al vapor). • Hay dos procedimientos: Por aspersión: se proyecta sobre una o varias caras. (no modifica la succión) Por inmersión: toda la superficie repele el agua. (se disminuye mucho la succión). • De clinker y gresificados: arcillas especiales cocidas a altas temperaturas (vitrificadas). Se alcanzan resistencias a compresión > 500 kg/cm2.

Bloques cerámicos • Son piezas cerámicas para ejecución de obras de fábrica de dimensiones nominales mayores que los ladrillos. • Dimensiones habituales: 30 x 14-19-24-29 x 19 cm. • Suelen presentar entalladuras en testa para facilitar su colocación (machihembrado). • Las piezas para revestir presentan acanaladuras en canto. • Las series de cada fabricante incorporan piezas especiales para resolver terminales, esquinas y cargaderos. • Normativa de aplicación: UNE-EN 771-1 Piezas de fábrica para albañilería

Bloques cerámicos

Ladrillos huecos de gran formato • Son piezas cerámicas huecas de dimensiones superiores a los ladrillos huecos convencionales. • Se utilizan para la ejecución de particiones interiores y trasdosados. • Se reduce la superficie y número de juntas. • Las características dimensionales y de forma son muy importantes (tolerancias reducidas). • Pueden presentar entalladuras en testa para facilitar su colocación (machihembrado). • Las piezas para revestir presentan acanaladuras en canto. (Existen productos que incorporan el revestimiento)

Ladrillos huecos de gran formato

Marcado CE de productos para albañilería • Los productos cerámicos para albañilería requieren de marcado CE a partir de abril de 2006. (UNE-EN 771-1): Ladrillo perforado (revestir y cara vista) Ladrillo macizo (manual y prensado) Ladrillo hueco Ladrillo hueco gran formato Bloque cerámico (normal y aligerado)

• Define dos grupos

LD: para revestir y Dap baja HD: cara vista y revestir Dap alta

• y dos categorías I: Rcomp garantizada al 95 % (S 2+) (uso) II: Rcomp no garantizada al 95 % (S4)

Defectos de productos para albañilería • Se trata de imperfecciones, irregularidades o daños que presentan las piezas cerámicas. • Se pueden producir por diferentes causas: Fabricación

Deformaciones Fisuras Exfoliaciones Desconchados (caliche) Decoloraciones

Transporte

Rotura

Puesta en obra Rotura (desplazamientos, dilatación, etc.) Eflorescencias y heladicidad (humedad)

• Producen Daños Patológicos en las fábricas.

Patología en Obra de fábrica de productos cerámicos

Patología en Obra de fábrica de ladrillos cerámicos

Defectos en Obra de fábrica de bloques cerámicos

Bovedillas cerámicas • Son piezas cerámicas huecas que se utilizan en la construcción de forjados de viguetas unidireccionales. • Su función es aligerar el peso de la losa de forjado. • Sus dimensiones dependen del canto de forjado y de la distancia entre viguetas. • Constituyen, junto con las suelas de las viguetas, la cara inferior del forjado. • La cara inferior suele tener acanaladuras para mejorar la adherencia del revestimiento.

Bovedillas cerámicas

Productos cerámicos para pavimentos • Piezas cerámicas no pavimentos de exterior.

esmaltadas

utilizadas

en

• Suelen conformarse en forma de adoquines. • Requieren unas características físicas y mecánicas elevadas: Resistencia a los agentes ambientales (calor y humedad) Resistencia a compresión, flexión y abrasión. • Pueden estar coloreados en masa (pigmentos).

Adoquines cerámicos

Adoquines cerámicos

Productos cerámicos para revestimientos • Son piezas delgadas de diferentes tipos de cerámica (loza, semigrés, gres o porcelánico). • Se aplican en suelos y paredes mediante materiales de agarre (pastas, morteros y adhesivos). • El conformado se realiza por prensado (vía seca). • Procedimientos de cocción: monococción y bicocción. • Las lozas van esmaltadas en la cara vista para reducir su permeabilidad y modificar su aspecto (azulejos y baldosas). Las baldosas deben ser antideslizantes. • Calidades: especial, primera y de saldo. • Características: forma, absorción, R flexión, desgaste.

Productos cerámicos para revestimientos

Tejas cerámicas • Son productos cerámicos que se utilizan como material de cubrición de cubiertas inclinadas. • Tipos: Curva o árabe: se combinan hileras con la curva hacia arriba (canal) y, encima, con la curva abajo (cobija). Plana: piezas de desarrollo plano. Se colocan por solape. Mixta: Combina canal y cobija en una pieza (solape). • Características requeridas: impermeabilidad al agua, resistencia a flexión y ausencia de defectos.

Tejas cerámicas Teja curva

Teja mixta

Tejas planas

Tejas cerámicas curvas

Tejas cerámicas mixtas

Tejas cerámicas planas

Otros productos cerámicos • Loza sanitaria esmaltada: Arcilla cocida blanca rica en alúmina. Se fabrica por moldeo, inyección de aire para obtener una estructura porosa y posterior esmaltado. Se utiliza en la fabricación de aparatos sanitarios. • Conducciones cerámicas (tubos y accesorios): Requieren una alta resistencia e impermeabilidad. Suelen ser de gres (moldeo o centrifugación). • Chimeneas cerámicas (ventilación y salida de humos) • Paneles de gres para fachadas transventiladas

Paneles cerámicos gresificados

Normativa de productos cerámicos • Algunos productos cerámicos requieren de marcado CE para su comercialización en la UE. • Productos que requieren conformidad a EN: Tejas cerámicas (UNE-EN 1304) Baldosas cerámicas (UNE-EN 14411) Adoquines cerámicos (UNE-EN 1344) Chimeneas cerámicas (UNE-EN 1457) • Otros distintivos de calidad de productos cerámicos: Sello INCE y Marca AENOR.

Aplicaciones de productos cerámicos en Construcción

Tema 7: Materiales cerámicos y vidrios. 1. Estructura y propiedades de las cerámicas. Procesos de fabricación. 2. Productos de cerámica, normativa, designación y sus aplicaciones. 3. Estructura y propiedades del vidrio. Fabricación. 4. Productos de vidrio, designación y sus aplicaciones en construcción. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Curso 2007-2008. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola

Bibliografía de consulta recomendada. Tema 7 • CTE-DB-SE-Fábricas • www.hyspalit.es (Productos y Marcado CE) • Porcar Ramos José Luis, Manual-guía técnica de los revestimientos y pavimentos cerámicos, Inst. de Tec. Cerámica-A. Inv. de las Ind. Cerámicas, Castellón, 1987. • CITAV; Manual del vidrio, CITAV, 2001.